Recrean el tránsito del agua a la tierra de los primeros tetrápodos

Tres etapas principales de la evolución de la forma del húmero: desde el húmero en bloque de los peces acuáticos, hasta el húmero en forma de L de los tetrápodos de transición y el húmero retorcido de los tetrápodos terrestres. - BLAKE DICKSON

   MADRID, 25 Nov. (EUROPA PRESS) -

   Científicos de Harvard han reconstruido cómo y cuándo los primeros grupos de criaturas exploradoras terrestres se convirtieron en mejores caminantes que nadadores.

   Según los investigadores, es difícil exagerar cuánto cambió el juego cuando los vertebrados se levantaron por primera vez de las aguas y se trasladaron a la costa hace unos 390 millones de años. Esa transición llevó al surgimiento de los dinosaurios y todos los animales terrestres que existen hoy.

   "Poder caminar por la tierra esencialmente preparó el escenario para toda la biodiversidad y estableció ecosistemas terrestres modernos --explica Stephanie Pierce, profesora adjunta de Biología Orgánica y Evolutiva y conservadora de paleontología de vertebrados en el Museo de Zoología Comparada--. Representa un período de tiempo increíblemente importante en la historia evolutiva".

   Los científicos han estado tratando durante más de un siglo de desentrañar exactamente cómo se produjo este cambio notable, y su comprensión del proceso se basa en gran medida en unos pocos fósiles raros e intactos con brechas anatómicas entre ellos. El nuevo estudio de Pierce y Blake Dickson busca proporcionar una vista más completa al enfocarse en un solo hueso: el húmero.

   El estudio, publicado en Nature, muestra cómo y cuándo los primeros grupos de exploradores terrestres pasaron del agua y la tierra. El análisis abarca la transición de aleta a extremidad y reconstruye la evolución del movimiento terrestre en los primeros tetrápodos. Estos son los vertebrados terrestres de cuatro extremidades cuyos descendientes incluyen anfibios, reptiles y mamíferos extintos y vivos.

   Los investigadores se centraron en el húmero, el hueso largo de la parte superior del brazo que desciende desde el hombro y se conecta con la parte inferior del brazo en el codo, para sortear el dilema de los espacios entre fósiles bien conservados.

   Funcionalmente, el húmero es imprescindible para el movimiento porque alberga músculos clave que absorben gran parte del estrés de la locomoción cuadrúpedo. Lo más importante es que el hueso se encuentra en todos los tetrápodos y los peces de los que evolucionaron y es bastante común en todo el registro fósil.

   Este hueso representa una especie de cápsula del tiempo, con la que reconstruir la evolución de la locomoción, ya que se puede examinar a través de la transición de aleta a extremidad, explica los investigadores.

   "Empezamos con la idea de que el húmero debería poder informarnos sobre la evolución funcional de la locomoción a medida que pasas de ser un pez que nada más y cuando llegas a tierra y empiezas a caminar", recuerda Dickson.

   Los investigadores analizaron 40 humeros de fósiles en 3D para el estudio, incluidos nuevos fósiles recogidos por colaboradores de la Universidad de Cambridge como parte del Proyecto TW:eed. El equipo analizó cómo cambió el hueso con el tiempo y su efecto sobre cómo probablemente se movían estas criaturas.

   El análisis cubrió la transición de peces acuáticos a tetrápodos terrestres. Incluía un grupo intermedio de tetrápodos con capacidades locomotoras previamente desconocidas. Los investigadores encontraron que la aparición de extremidades en este grupo intermedio coincidió con una transición a la tierra, pero que estos primeros tetrápodos no eran muy buenos para moverse sobre ella.

   Para comprender esto, el equipo midió las compensaciones funcionales asociadas con la adaptación a diferentes entornos. Descubrieron que a medida que estas criaturas se trasladaban del agua a la tierra, el húmero cambiaba de forma, lo que resultaba en nuevas combinaciones de rasgos funcionales que resultaban más ventajosos para la vida en la tierra que en el agua.

   Y eso tenía sentido para los investigadores. "No se puede ser bueno en todo --señala Dickson--. Hay que renunciar a algo para pasar de ser un pez a ser un tetrápodo en tierra".

   Los investigadores capturaron los cambios en un mapa topográfico que muestra dónde se encontraban estos primeros tetrápodos en relación con la vida en el agua o en la tierra. Los científicos explican que estos cambios probablemente fueron impulsados por presiones ambientales a medida que estas criaturas se adaptaron a la vida terrestre.

   El documento describe que los tetrápodos de transición tienen un húmero en forma de L que proporciona algún beneficio funcional para moverse en tierra, pero no mucho. Estos animales tenían un largo camino por recorrer para desarrollar los rasgos necesarios para usar sus extremidades en tierra para moverse con facilidad y habilidad.

   A medida que el húmero continuaba cambiando de forma, los tetrápodos mejoraron su movimiento. El húmero en forma de L se transformó en una forma más robusta, alargada y retorcida, lo que dio lugar a nuevas combinaciones de rasgos funcionales. Este cambio permitió pasos más efectivos en la tierra y ayudó a desencadenar la diversidad biológica y la expansión hacia los ecosistemas terrestres. También ayudó a establecer cadenas alimentarias complejas basadas en depredadores, presas, herbívoros y carnívoros que todavía se ven en la actualidad.

   El análisis tardó unos cuatro años en completarse. Cuantificar cómo el húmero cambió de forma y función tomó miles de horas en una supercomputadora. Luego, los investigadores analizaron cómo esos cambios afectaron el rendimiento funcional de la extremidad durante la locomoción y las compensaciones asociadas.

   El enfoque innovador representa una nueva forma de ver y analizar el registro fósil, un esfuerzo que Pierce asegura que valió la pena. "Este estudio demuestra cuánta información se puede obtener de una parte tan pequeña del esqueleto de un animal que se ha registrado en el registro fósil y cómo puede ayudar a desentrañar una de las mayores transformaciones evolutivas que jamás haya ocurrido --explica Pierce--. Esto es realmente un material de vanguardia".